13. ANALIZA REGIMULUI NESTAŢIONAR

În exploatare, instalaţiile frigorifice deşi se proiectează în general pentru un regim delucru nominal, considerat staţionar, funcţionează preponderent în regim tranzitoriu saunestaţionar, ceea ce înseamnă că parametrii funcţionali şi de performanţă prezintă o anumităvariaţie în timp.

Câteva elemente care determină caracterul nestaţioner al regimului de funcţionare alinstalaţiilor frigorifice sunt următoarele:

- La pornire, temperaturile din instalaţie sunt foarte îndepărtate de cele nominale, şieste nevoie de o perioadă de timp pentru ca treptat să se ajungă la distribuţianominală de temperaturi;

- La oprire, se manifestă tendinţa de egalizare a temperaturilor din diferitele părţiale instalaţiei, ceea ce determină o variaţie în timp a parametrilor;

- Variaţiile necesarului de frig din timpul funcţionării determină modificarea întimp a parametrilor instalaţiei;

- Variaţia diurnă a temperaturii aerului (sau apei de răcire a condensatorului)determină variaţia temperaturii, respectiv presiunii de condensare şi de aici acelorlalţi parametri, până la stabilirea unui nou regim de echilibru;

- Etc.Programul CoolPack are şi un modul care permite studiul funcţionării în regim

nestaţionar a unei instalaţii frigorifice care deserveşte o cameră frigorifică. Sistemul deautomatizare (control) a funcţionării instalaţiei este de tipul on/off adică pornit/oprit, ceea ceînseamnă că dacă în camera frigorifică se atinge temperatura minimă admisă, atunci instalaţiafrigorifică este oprită, iar temperatura din cameră este mai mare decât cea maximă admisă,atunci instalaţia este pusă în funcţiune.

Lansarea în execuţie a programului de analiză a funcţionării în regim nestaţionar ainstalaţiei se realizează din meniul principal, prin alegerea opţiunii "Dynamic" - "dinamic"(tranzitoriu, nestaţionar). Meniul care se deschide astfel are o singură opţiune disponibilă şianume "Cooling of a room or an object (ON/OFF-Control)" adică "Răcirea unei incinte sau aunui corp (Control de tip Pornit/Oprit)". Execuţia acestui modul de calcul este determinată deapăsarea butonului "Dynamic Cooling" adică "Răcire dinamică", aşa cum se observă înimaginea alăturată.

Opţiunea Dynamic a programului CoolPack

13. Analiza regimului nestaţionar- 2 -

Ca efect, se va afişa meniul principal al programului de analiză a funcţionării în regimnestaţionar a instalaţiei frigorifice, conform figurii.

Meniul principal al programului de analiză a funcţionării înregim nestaţionar a instalaţiilor frigorifice

Se observă că acest ecran are practic două zone:- În fereastra din dreapta se vor reprezenta grafic curbele de variaţie a parametrilor

de funcţionare şi de performanţă ai instalaţiei;- În fereastra de configurare, din stânga se vor defini condiţiile de funcţionare ale

instalaţiei:- "Initial" - "Condiţii iniţiale";- "Control";- "Load" - "Încărcătura" camerei frigorifice;- "Evaporator" - "Vaporizator";- "Compressor" - "Compresor";- "Condenser" - "Condensator";- "Solver" - "Rezolvare";- "Output" - "Ieşire - Rezultate".

13. Analiza regimului nestaţionar- 3 -

Opţiunile ferestrei "Initial" - "Condiţii iniţiale" sunt prezentate în imaginea alăturată.

Fereastra "Initial" - "Condiţii iniţiale"

Semnificaţia elementelor ferestrei este următoarea:- Momentul iniţial al simulării - T start [sec];- Momentul final al simulării - T end [sec];

- Cele două valori se pot introduce direct în secunde, sau prin apăsareabutoanelor "…" se pot introduce în zile "days", ore "hours", minute"minutes", secunde "seconds" şi milisecunde "miliseconds";

- Temperatura iniţială a încărcăturii camerei frigorifice - Temperature of load [°C];- Agentul frigorific - Refrigerant;

- Pentru agentul selectat este indicată valoarea temperaturii critice - Tcritical [°C].

Fiecare fereastră de configurare cuprinde butoanele "Start" pentru începerea simulăriişi "Stop" pentru oprirea simulării.

Opţiunile ferestrei "Control" sunt prezentate în imaginea alăturată.

Fereastra "Control"

Semnificaţia parametrilor acestei ferestre este următoarea:- Temperatura maximă admisă a încărcăturii - Max temperature of load [°C];- Temperatura minimă admisă a încărcăturii - Min temperature of load [°C].

13. Analiza regimului nestaţionar- 4 -

Opţiunile ferestrei "Load" sunt prezentate în imaginea alăturată.

Fereastra "Load"

Semnificaţia parametrilor ferestrei este următoarea:- Cantitatea (masa) de produse din camera frigorifică - Mass [kg];- Căldura specifică a produselor - Specific heat [kJ/kg-K];- Produsul kS pentru mediul înconjurător al camerei frigorifice - UA-value to

surroundings [W/K];- Sarcina termică a surselor interne de căldură - Internal load [W];- Temperaturile mediului înconjurător al camerei frigorifice - Temperature of

surroundings (sine)- Valoarea medie - Mean value [°C];- Valoarea amplitudinii - Amplitude [K].

13. Analiza regimului nestaţionar- 5 -

Opţiunile ferestrei "Evaporator" sunt prezentate în imaginea alăturată.

Fereastra "Evaporator"

Semnificaţia parametrilor ferestrei este următoarea:- Gradul de supraîncălzire - Superheat [K];- Produsul kS - UA [W/K];- Sarcina termică pentru dimensionarea vaporizatorizatorului - Qdim [W];- Diferenţa medie logaritmică pentru dimensionarea vaporizatorizatorului - ∆Tdim

[K];Se va alege la introducerea datelor, una dintre variantele kS, respectiv Qdim şi ∆Tdim,

cu ajutorul cărora în final se va calcula tot produsul kS. Termenul "Specify" înseamnă"Specifică sau precizează" şi se referă la una din cele două opţinui.

Opţiunile ferestrei "Compressor" sunt prezentate în imaginea alăturată.

Fereastra "Compressor"

Semnificaţia parametrilor ferestrei este următoarea:- Randamentul izentropic - ηis[0-1];- Coeficientul de debit (randamentul volumic) - ηvol [0-1];- Cilindreea orară (debitul volumic descris de piston) - Displacement [m3/h];- Factorul de răcire (fracţia din puterea compresorului evacuată sub formă de

căldură - Percent of Wcomp rejected as heat [0-100].

13. Analiza regimului nestaţionar- 6 -

Opţiunile ferestrei "Condenser" sunt prezentate în imaginea alăturată.

Fereastra "Condenser"

Semnificaţia parametrilor ferestrei este următoarea:- Gradul de subrăcire - Subcooling [K];- Produsul kS - UA [W/K];- Sarcina termică pentru dimensionarea condensatorului - Qdim [W];- Diferenţa medie logaritmică de temperatură pentru dimensionarea condensatorului

- ∆Tdim [K];- Ca şi în cazul vaporizatorului, se alege una dintre kS, respectiv Qdim şi

Tdim;- Temperaturile mediului înconjurător al condensatorului - Temperatures of

surroundings (sine);- Valoarea medie - Mean value [°C];- Valoarea amplitudinii - Amplitude [K].

Opţiunile ferestrei "Solver" sunt prezentate în imaginea alăturată.

Fereastra "Solver"

Semnificaţia parametrilor ferestrei este următoarea:- Valoarea maximă a pasului de timp - Max. time step [sec];- Eroarea relativă - Relative error;- Numărul maxim de puncte pe o curbă (dintre cele care urmează să fie trasate).

13. Analiza regimului nestaţionar- 7 -

Opţiunile ferestrei "Output" sunt prezentate în imaginea alăturată.

Fereastra "Output"

Semnificaţia parametrilor ferestrei este următoarea:- Consumul energetic - Energy consumtion:

- Consumul realizat de compresor - Wcomp (lucru mecanic) [kJ] ; (energieelectrică) [kWh]; (puterea medie) Mean [W];

- Consumul realizat de vaporizator - Qe (căldură) [kJ]; (energie termică)[kWh]; (sarcina termică medie) - Mean [W];

- Eficienţa frigorifică - COPmean.

După introducerea tuturor datelor de intrare care permit configurarea condiţiilor desimulare în regim nestaţionar, dorite, şi apăsarea butonului "Start", disponibil în toateferestrele prezentate anterior, se va realiza automat calculul parametrilor de lucru şi deperformanţă ai instalaţiei, iar variaţia acestora poate fi reprezentată grafic în fereastra dindreapta a interfeţei programului.

Selecţia parametrilor care sunt reprezentaţi grafic este posibilă în fereastra care sedeschide în partea de jos a interfeţei, conform imaginii alăturate.

Parametrii a căror variaţie poate să fie reprezentată grafic

Semnificaţia acestor parametri este următoarea:- Temperatura încărcăturii (produselor) - T_load [°C];- Temperatura de vaporizare - T_e [°C];- Temperatura de condensare - T_c [°C];- Temperatura mediului înconjurător (ambiant) al camerei frigorifice - T_a Load

[°C];- Temperatura mediului înconjurător (ambiant) al condensatorului - T_a Condenser

[°C];- Sarcina termică a pătrunderii de căldură prin pereţii izolaţi ai camerei frigorifice -

Q_a [W];- Sarcina termică a vaporizatorului (puterea frigorifică a instalaţiei) - Q_e [W];- Sarcina termică a condensatorului - Q_c [W];- Sarcina termică degajată de compresor - Q_comp [W];- Puterea de comprimare - W_comp [W];- Eficienţa frigorifică - COP;- Pornit/Oprit - On/Off.

13. Analiza regimului nestaţionar- 8 -

Câteva exemple ale variaţiei unor parametri sunt prezentate în continuare:

Temperatura încărcăturii (produselor) - T_load [°C]

După o primă perioadă de pornire, când se realizează o răcire continuă a produselor,se observă că alternează perioade de răcire, când instalaţia funcţionează, cu perioade deîncălzire, când instalaţia este oprită. Între orele 9:00 şi 21:00 ale simulării, instalaţia afuncţionat continuu, deoarece acest interval corespunde cu valorile maxime ale temperaturiimediului înconjurător (ambiant) al camerei frigorifice, respectiv cu sarcini termice mari alepătrunderii de căldură prin pereţii izolaţi ai camerei frigorifice.

Temperatura mediului înconjurător (ambiant) al camereifrigorifice - T_a Load [°C]

Variaţia temperaturii mediului înconjurător al camerei frigorifice, influenţează curbade variaţie a sarcinii termice a pătrunderilor de căldură prin pereţii acesteia, respectiv, variaţiatemperaturii produselor din cameră.

13. Analiza regimului nestaţionar- 9 -

Sarcina termică a pătrunderii de căldură prin pereţii izolaţi aicamerei frigorifice - Q_a [W]

Curba de variaţie a sarcinii termice a pătrunderii de căldură prin pereţii camereifrigorifice este influenţată de variaţia temperaturii mediului înconjurător al acesteia, ceea cepoate fi observat prin analiza comparativă a celor două curbe, dar şi de calitatea izolaţiei,influenţă care se poate studia prin executarea programului pentru valori diferite aleparametrului kS al camerei frigorifice.

Temperatura de vaporizare - T_e [°C]

Pentru temperatura de vaporizare se observă aceeaşi alură de variaţie ca şi pentrutemperatura preduselor. La oprirea instalaţiei se constată o creştere rapidă a acesteitemperaturi, iar la repornire o scădere rapidă a acesteia.

13. Analiza regimului nestaţionar- 10 -

Sarcina termică a vaporizatorului (puterea frigorifică ainstalaţiei) - Q_e [W]

Sarcina termică a vaporizatorului este influenţată de temperaturile produselor şi devaporizare.

Temperatura mediului înconjurător (ambiant) alcondensatorului - T_a Condenser [°C]

Temperatura mediului înconjurător al condensatorului influenţează variaţiatemperaturii de condensare.

13. Analiza regimului nestaţionar- 11 -

Temperatura de condensare - T_c [°C]

Alura curbei de variaţie a temperaturii de condensare este determinată de variaţiatemperaturii ambiante a condensatorului. Valorile mai scăzute ale acestei mărimi corespundperioadelor de oprire a instalaţiei.

Sarcina termică a condensatorului - Q_c [W]

Sarcina termică a condensatorului este influenţată de variaţia temperaturilor decondensare, respectiv a mediului înconjurător pentru condensator.

13. Analiza regimului nestaţionar- 12 -

Puterea de comprimare - W_comp [W]

Alura curbei de variaţie a puterii de comprimare depinde direct proporţional dediferenţele dintre temperaturile de condensare şi de vaporizare.

Sarcina termică degajată de compresor - Q_comp [W]

Alura curbei sarcinii termice degajate de compresor este identică cu cea a puteriiabsorbite de acesta.

13. Analiza regimului nestaţionar- 13 -

Eficienţa frigorifică - COP

Eficienţa frigorifică este calculată şi reprezentată grafic prin raportul dintre putereafrigorifică a instalaţiei şi puterea de comprimare.

Pornit/Oprit - On/Off

Acestă diagramă prezintă perioadele în care instalaţia a funcţionat, respectiv a fostoprită.

Programul permite şi reprezentarea grafică simultană a mai multor curbe, pe acelaşigrafic.